Interrupt Service Routine. 더 자세히 ...

모듈
	8259 Programmable Interrupt Controller
	PIC 를 초기화 한다.

데이타 구조
struct	task_gate
	Task gate descriptor. 더 자세히 ...
struct	interrupt_gate
	Interrupt gate descriptor. 더 자세히 ...
struct	idtr
	Interrupt descriptor table register. 더 자세히 ...
struct	error_code
	[Stage 2 IDTR] 더 자세히 ...
struct	pt_regs
	[Stage 2 Error Code] 더 자세히 ...
struct	pt_regs_user
	유저 레벨(Ring3) 에서 발생한 인터럽트인 경우 스택 구성의 일부 더 자세히 ...
struct	pt_regs_kernel
	쓰레드가 종료될 때 Clean up을 해야 하는데, 그 때 불리는 함수가 하게 될 스택 프레임을 구성한다. exit_frame_pointer 에는 EBP 의 값이 저장되고, EBP 는 exit_frame_pointer 가 있는 주소를 가리키게 된다. 이 주소를 기준으로 인자에 접근한다. 더 자세히 ...

매크로
#define	asmlinkage   __attribute__((regparm(0)))
#define	LOW_PRIORITY   0x7FFFFFFF
	IRQ 등록시 가장 낮은 우선 순위로, 가장 나중에 실행 된다. 더 자세히 ...
#define	HIGH_PRIORITY   0x80000000
	IRQ 등록시 가장 높은 우선 순위로, 가장 먼저 실행 된다. 더 자세히 ...
#define	NORMAL_PRIORITY   0
	IRQ 등록시 일반 적인 우선 순위를 정의한다. 더 자세히 ...

열거형 타입
enum	irq_nr {   IRQ_NR_DIVIDE = 0x00, IRQ_NR_DEBUG = 0x01, IRQ_NR_NMI = 0x02, IRQ_NR_BREAKPOINT = 0x03,   IRQ_NR_OVERFLOW = 0x04, IRQ_NR_BOUND = 0x05, IRQ_NR_OPCODE = 0x06, IRQ_NR_DEVICE = 0x07,   IRQ_NR_DOUBLE_FAULT = 0x08, IRQ_NR_COPROCESSOR = 0x09, IRQ_NR_INVALID_TSS = 0x0A, IRQ_NR_SEGMENT_NOT_EXIST = 0x0B,   IRQ_NR_STACK_FAULT = 0x0C, IRQ_NR_PROTECTION = 0x0D, IRQ_NR_PAGE_FAULT = 0x0E, IRQ_NR_MATH = 0x10,   IRQ_NR_ALIGNMENT = 0x11, IRQ_NR_MACHINE_CHECK = 0x12, IRQ_NR_SIMD = 0x13, IRQ_NR_TIMER = 0x20,   IRQ_NR_KEYBOARD = 0x21, IRQ_NR_IRQ2 = 0x22, IRQ_NR_SERIAL_EVEN = 0x23, IRQ_NR_SERIAL_ODD = 0x24,   IRQ_NR_FDC = 0x26, IRQ_NR_RTC = 0x28, IRQ_NR_BINDER = 0x29, IRQ_NR_HDC = 0x2E,   IRQ_NR_SW = 0x31, IRQ_MAX = 0x100 }
enum	gate_size { SIZE16 = 0, SIZE32 = 1 }
	크기 더 자세히 ...
enum	idt_type { TASK = 0x05, INTERRUPT = 0x06, TRAP = 0x07 }
	인터럽트 디스크립터의 종류 더 자세히 ...

함수
asmlinkage struct pt_regs *	do_irq (struct pt_regs *ret)
	인터럽트 요청을 처리하는 함수 더 자세히 ...
void	isr_divide_error_entry (void)
	나눗셈 익셉션 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_debug_entry (void)
	디버그 익셉션 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_nmi_interrupt_entry (void)
	Non-maskable-interrupt 인터럽트 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_breakpoint_entry (void)
	Break point 익셉션 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_overflow_entry (void)
	오버플로우 익셉션 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_bound_entry (void)
	bound 익셉션 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_invalid_opcode_entry (void)
	잘못된 opcode 익셉션 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_device_not_avail_entry (void)
	장치가 없는 경우의 익셉션 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_double_fault_entry (void)
	더블폴트 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_coprocessor_entry (void)
	코프로세서 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_invalid_tss_entry (void)
	유효하지 않은 TSS 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_segment_not_present_entry (void)
	세그먼트가 없는 경우에 대한 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_stack_segment_fault_entry (void)
	스택 세그먼트 폴트 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_general_protection_entry (void)
	보호 에러 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_page_fault_entry (void)
	페이지 폴트 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_math_fault_entry (void)
	math fault 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_alignment_check_entry (void)
	Alignment check 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_machine_check_entry (void)
	Machine check 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_simd_floating_entry (void)
	SIMD Floating 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_timer_entry (void)
	타이머 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_keyboard_entry (void)
	키보드 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_rtc_entry (void)
	RTC 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_irq2_entry (void)
	IRQ2 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_dummy_entry (void)
	더미 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_hdc_entry (void)
	HDC 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_fdc_entry (void)
	FDC 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_irq_binder_entry (void)
	IRQ Binder 핸들러 더 자세히 ...
void	isr_sw_entry (void)
	소프트웨어 인터럽트 핸들러 더 자세히 ...
void	enable_interrupt (void)
	인터럽트를 활성화 시킨다. 더 자세히 ...
void	disable_interrupt (void)
	인터럽트를 비활성화 시킨다. 더 자세히 ...
int	register_irq (int idx, int priority, int(*handler)(void *), void *data)
	인터럽트 핸들러를 등록한다. 더 자세히 ...
int	unregister_irq (int idx, int(*handler)(void *), void *data)
	등록된 인터럽트 핸들러를 제거한다. 더 자세히 ...
void	irq_local_restore (unsigned long value)
	주어진 인자의 값으로 인터럽트 상태를 복원한다. 더 자세히 ...
void	irq_local_save (unsigned long *value)
	주어진 인자에 현재 인터럽트 상태를 저장하고 인터럽트를 비활성화 시킨다. 더 자세히 ...

변수
unsigned long	kernel_cs
	커널 코드 세그먼트 디스크립터 offset 더 자세히 ...
unsigned long	kernel_ds
	커널 데이터 세그먼트 디스크립터 offset 더 자세히 ...
unsigned long	kernel_ss
	커널 스택 세그먼트 디스크립터 offset 더 자세히 ...
struct task_gate	__PACKED

상세한 설명

Interrupt Service Routine.

인터럽트 관련 아키텍쳐 독립적 인터페이스 정의

작성자

Sung-jae Park nices.nosp@m.j@ni.nosp@m.cesj..nosp@m.com

날짜

2011-7-28 Initial writing

2013-11-10 Review writing

x86 에서는 인터럽트에 대한 설명과 함께 관련 인터럽트 서비스 루틴의 시작 주소를 인터럽트 디스크립터 테이블을 통해 관리한다. 시스템 소프트웨어 개발자는 인터럽트 디스크립터 테이블을 구성한 후 CPU 에게 알려주기면 하면 되는 것이다. 인터럽트 디스크립터 테이블의 각 엔트리는 아래와 같다.

이 테이블을 CPU 에게 알려주기 위해서는 lidt 라는 명령을 사용한다. Load Interrupt Descriptor Table 의 약자이다. 여기서 어떤 독자는 혼란 스러울 수 있는데, CPU 에게 알려주는 것이면 Store 하는 것이 아니냐 이다. 하지만 이 명령은 CPU 의 입장에서 바라보는 것이므로 Load 라고 하는 것이다. 반대로 sidt 라는 명령은 현재 CPU 가 가지고 있는 IDT 정보를 읽어 오는 것이다.

우리가 추가해 주어야 하는 인터럽트 목록이다.

• UD2 instruction 은 PentiumPro processor 부터 등장
• Intel 386 프로세서 다음의 IA-32 프로세서들은 9번 Exception 없음

하지만 뭔가 아쉬운 것이 있다. IDT 를 아무리 뒤져봐도 Timer interrupt handler 가 없다는 것이다. 그럼 이 Interrupt handler 와 관련된 정보는 어디서 찾아 볼 수 있을까?

그것이 바로 PIC 라고 하는 것과 관련된 것이다.

8259 Programmable Interrupt Controller

PIC 를 초기화 하는 과정에서 Interrupt 발생 번호를 조정했었다. 앞에 설명된 기본 IDT 테이블 이후의 번호에 PIC 와 관련된 장치들로 부터 발생하는 인터럽트들이 호출될 수 있도록 재조정 했다는 것이다.

이 인터럽트들은 값이 조정이 되어 0x20 부터 IRQ0 가 remapping 된다. PIC 와 관련된 자세한 설명은 8259 Programmable Interrupt Controller 페이지를 참조하기 바란다.

이렇게 H/W 로 부터 발생하는 Interrupt 와 CPU 로 부터 발생하는 Interrupt 의 차이로는, Error Code 가 있다.

Error Code 는 CPU 로 부터 발생하는 Interrupt 에만 존재한다. 이 경우, Interrupt Service Routine 이 호출 될 때 Stack 에 Error Code 가 push 되기 때문에, 궁극적으로, CPU 에서 발생한 Interrupt 인지 H/W 로 부터 발생한 Interrupt 인지에 따라, Stack 에 차이가 발생하게 된다. 그러므로, H/W 로 부터 발생한 Interrupt 인 경우, Interrupt Service Routine 에서 Error Code 를 push 하여, Stack 이 같은 모양이 되도록 맞춰 준다. 이렇게 하는 이유는 Interrupt Handler 를 일관되게 처리하기 위해서이다.

이렇게 Stack 의 모양이 같아 지도록 맞춘 후에, 한 가지 더 해야 할 것이 있다. 그것은 다음장의 "CPU Context 관리" 에서 확인해보기로 한다.

1. CPU Context 관리 두번째로 우리가 관리 해주어야 할 것은 인터럽트가 발생했을 때 CPU 가 가지고 있는 현재 정보들을 어디에 저장할 것이며, 스택은 어떻게 구성해줄지에 대한 것이다.

아래 두 그림은 특권레벨(RING)의 변화가 있을 때와 없을 때의 스택의 변화를 보여주고 있다.

Stack 의 변화가 Ring 에 따라서 달라지지만, 앞서 말한 것 처럼, CPU 인지 H/W 인지에 따라서도 달라진다. 일단 Interrupt Service Routine 이 들어오면, 한가지 더 해줘야 할 것이 있다. 그것이 바로 CPU Context 를 유지하는 일이다.

이렇게 구현한 Service Router 를 살펴 보면, Segement Selector 와 각종 Register 들을 Stack 에 Push 하는 것을 볼 수 있다. 이렇게 하는 이유는 Interrupt Service 를 마치고 원래 하던 루틴으로 복귀 할 때, Service Routine 을 수행 하면서 CPU Register 들이 변경되는 경우, 원래 루틴으로 복귀 한 후에 Register 에 저장했던 값들이 바뀌는 문제를 해결하기 위해서 이다.

인터럽트 디스크립터를 모두 채워 넣었다면, TSS 설정도 확인해야 한다. 부트로더에서 User level 과 Kernel level 간의 전환은 없을 예정이지만, NCKernel 에서는 사용할 예정이므로 간략히 확인하고 넘어가자.

컨텍스트가 바뀔 때, EFLAGS 도 다시 설정된다. EFLAGS 에 Interrupt 와 관련된 Bit flag 가 있다.

인터럽트 핸들러를 등록할 때, x86 인 경우 naked function 을 GCC 에서 구현할 수 없기 때문에 assembly language 로 ISR 진입함수를 작성하고, 그 함수에서 C 언어로 구현된 함수를 호출하도록 한다.

모든 interrupt 는 do_irq 라는 하나의 함수로 진입하도록 하고, 대신 인터럽트 발생 번호를 인자로 전달하여 알맞은 처리를 할 수 있도록 한다.

이렇게 처리하는 경우, 시스템 콜을 처리하는 것도 동일하게 처리할 수 있으므로 향 후 구현 및 관리가 쉬워지는 이점이 있다.

하지만, 분기를 한 번 더 해야 한다는 단점이 있다.

직관적인 방법 Interrupt -> ISR_ENTRY(asm) -> ISR handlers(C)

현재 구현된 방법 Interrupt -> ISR_ENTRY(asm) -> ISR_Router(asm) -> unified ISR handler(C)

do_irq 함수에서는 register_irq 를 통해 등록된 Interrupt service routine 들이 실행된다.

x86 에서는 Programmable Interrupt Controller 에 연결된 장치로 부터 발생한 Interrupt 인 경우는 그 종료를 알려 주어야 한다. 이 함수는 모든 서비스 루틴이 실행된 후에 실행 될 수 있도록 그 순서를 보장 받아야 한다. 이를 위해서 register_irq 함수는 priority 를 가진다.

priority 에 따라, 등록된 ISR 들이 실행되는 순서가 정해지며, 가장 낮은 값이 가장 먼저 실행된다.

작성자

Sung-jae Park nices.nosp@m.j@ni.nosp@m.cesj..nosp@m.com

날짜

2011-7-22

1. Interrupt 란 무엇인가 CPU 는 Bus 또는 In/Out port 를 통해 다양한 외부 장치와 연결이 되어 있다. 데이터를 주고 받는 방법과 유사하게 어떤 변화나 이벤트에 대해서도 CPU 는 알아야 한다. CPU 가 외부로 부터의 변화를 감지할 수 있는 방법은 외부 장치를 꾸준히 감시하는 방법과 외부 장치가 변화가 생겼을 때 CPU 에게 알려주는 방법이 있다. 전자처럼 꾸준히 감시하는 방법을 Polling 이라고 하며, 후자처럼 외부 장치가 변화를 CPU 에게 알려주는 방법을 인터럽트라 한다. CPU 는 인터럽트가 발생하면 현재 하던일을 잠시 중단하고, Interrupt 발생 원인을 파악한 후 등록된 인터럽트 서비스 루틴을 실행시켜준다.

매크로 문서화

열거형 타입 문서화

함수 문서화

변수 문서화